Question

【題目】汽車尾氣已成為城市空氣的主要污染源之一，其中的氮氧化物是重要污染物。

（1）汽車內燃機工作時產生NO的原理如圖1所示：

該反應的熱化學方程式為______。

（2）治理尾氣的方法之一是在排氣管上安裝催化轉化器，發生如下反應：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＜0。若在一定溫度下將2mol NO、1mol CO充入1L固定容積的容器中，反應過程中各物質的濃度變化如圖2所示。

①則從開始到達到平衡狀態的過程中，平均反應速率υ(CO2)=____，該溫度下反應的平衡常數K=____(結果保留兩位有效數字)

②20min時改變的條件可能是____

A.增大壓強 C.減小CO2濃度且改用更高效的催化劑

B.降低溫度 D.在恒溫恒容條件下，充入He氣體

③若保持溫度不變，20min時向容器中充入CO、N2各0.6mol，平衡將____(填“正向”“逆向”或“不”)移動。

（3）用焦炭還原NO2的反應為：2NO2(g)＋2C(s)N2(g)＋2CO2(g)，在恒溫條件下，向1L密閉容器中加入不同物質的量的NO2和足量C發生該反應，測得平衡時NO2和CO2的物質的量濃度與平衡總壓強的關系如圖3所示。

①下列不能說明該反應已達到平衡狀態的是_____

a.C的質量不變 b. 混合氣體的密度不再發生改變

c. v正(N2)＝υ逆(CO2) d.混合氣體的顏色不再改變

②計算C點時該反應的平衡常數Kp(C)=___(Kp是用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數)。

Answer 1

【答案】N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH=+180kJ·mol-1 0.027mol·L-1·min-1 0.035 C 不 c 2

【解析】

(1)根據焓變ΔH=反應物的鍵能之和-生成物的鍵能之和，結合圖示分析解答；

(2)①根據圖示中氮氣的濃度變化計算平衡時二氧化碳的濃度，將各組分的平衡濃度代入平衡常數表達式K=計算；②2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，根據圖像，20min時氮氣的濃度逐漸增大，平衡后變成0.4 mol/L，且建立平衡需要的時間減少，結合影響平衡的元素分析判斷；③根據濃度商Qc與K的大小分析判斷；

(3)①根據平衡狀態的特征和標志分析判斷；②根據三段式結合C點時NO2和CO2的物質的量濃度相等計算解答。

(1)根據圖示，汽車內燃機工作時產生NO的原理為N2(g)＋O2(g)=2NO(g)，焓變ΔH=反應物的鍵能之和-生成物的鍵能之和=[946 kJ/mol +498 kJ/mol]-632 kJ/mol×2= +180kJ/mol，故答案為：N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH=+180kJ/mol；

(2)①平衡時氮氣的濃度為0.2mol/L，則二氧化碳的平衡濃度為0.2mol/L×2=0.4mol/L，平均反應速率υ(CO2)== 0.027mol·L-1·min-1，由方程式2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＜0可知，平衡常數K===(L/mol)= 0.035，故答案為：0.027mol·L-1·min-1；0.035；

②2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，根據圖像，20min時氮氣的濃度逐漸增大，平衡后變成0.4 mol/L，且建立平衡需要的時間減少。A.增大壓強，縮小容器的體積，氮氣的濃度會突然增大，與圖像不符，故A錯誤；B. 正反應為放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動，氮氣的濃度逐漸增大，但反應速率減慢，建立平衡需要的時間更長，故B錯誤；C.減小CO2濃度，平衡正向移動，氮氣的濃度逐漸增大，加入催化劑，平衡不一定，但能夠縮短建立平衡需要的時間，故C正確；D.在恒溫恒容條件下，充入He氣體，平衡不一定，氮氣的濃度不變，故D錯誤；故答案為：C；

③若保持溫度不變，20min時再向容器中充入CO、N2各0.6mol，則濃度商Qc===K，故平衡不移動，故答案為：不；

(3)①a.C的質量不變，根據質量守恒定律，說明其余物質的質量也不變，說明達到了平衡狀態，故a不選；b.混合氣體的密度與氣體的質量和體積有關，混合氣體的密度不再發生改變，說明混合氣體的質量不變，說明達到了平衡狀態，故b不選；c.v正(N2)＝2υ逆(CO2)說明正逆反應速率相等，v正(N2)＝υ逆(CO2)，沒有達到平衡狀態，故c選；d.混合氣體的顏色不再改變，說明二氧化氮的濃度不變，說明達到了平衡狀態，故d不選；故答案為：c；

②1molNO2和足量C發生該反應，設反應的二氧化氮的物質的量為x：

2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)

起始(mol)： 1 0 0

轉化(mol)： x 0.5x x

平衡(mol)： 1-x 0.5x x

從圖知C點時NO2和CO2的物質的量濃度相等，則1-x=x，解得x=0.5，則平衡時總的物質的量為1.25mol，C點時該反應的壓強平衡常數Kp(C)==2MPa，故答案為：2MPa(或2)。